JP2003293913A - マグネットスイッチ - Google Patents

マグネットスイッチ

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JP2003293913A
JP2003293913A JP2002101434A JP2002101434A JP2003293913A JP 2003293913 A JP2003293913 A JP 2003293913A JP 2002101434 A JP2002101434 A JP 2002101434A JP 2002101434 A JP2002101434 A JP 2002101434A JP 2003293913 A JP2003293913 A JP 2003293913A
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Tsutomu Shiga
志賀　　孜
Masami Niimi
新美　　正已
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Denso Corp
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    • H01H9/38—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アークによる磨耗、溶着を防止しつつ確実な
噛み合いを実現することを目的とした。 【解決手段】 第１接点部７０が抵抗体９１（本実施例
ではカーボン系固定接点７１がその役目を兼用）を介し
て接続されるので非常にゆっくりとモ−タが回転する。
そうすると出力軸２０が回転するがピニオン２５は回転
が規制されているのでスプライン２０ａ，２５ａの軸方
向成分によりピニオン２５は軸方向に押し出され図示し
てないリングギヤーにかみあう。更にプランジャー５２
が移動すると第２の接点部８０が導通する。そうすると
第１と第２の接点部は並列回路となっていること及び第
１接点部７０は抵抗体が入っていることにより、第２の
接点回路にフルにバッテリからの電流が流れモータが全
力を出しエンジンをかける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に内燃機関を始
動するための始動装置であるスタータモータであって、
該スタータモータのマグネットスイッチの改良に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の環境問題へ対応するため車でもさ
まざまな取り組みがなされている。
【０００３】そのため車用のスタータモータへも様々な
改良が求められている。たとえば小型で軽量、エンジン
のアイドリング時ストップ（いわゆるエコラン）するた
めスタータの寿命向上などである。これに対応するため
特開平９−６８１４２もみられるように噛み合いを確実
に行うことによりギャーへのダメージをへらし、かつス
イッチ電流をへらして電子制御によるきめこまかな制御
も可能にした。すなわち抵抗体をかいしてサブ接点に通
電し、ゆっくりモータを回しその力でスタータのピニオ
ンをエンジンのリングギヤーへ確実に噛み合わせ、しか
るのちにメイン接点に通電しフルパワーでモータを回す
とゆうものである。こうすることによりスイッチの力で
ピニオンを噛み合わせるのと違ってモータ用の接点をと
じるだけの吸引力があればよいのでスイッチ電流を７０
％以上減らすことが出来る。したがってスイッチ電流の
断続は半導体でおこなえることが可能となりなおかつス
イッチの小型化もできた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記スタ
ータはギヤーへのダメージは改善されたが、メイン接点
はサブ接点のおかげで摩耗は大幅に減ったが、サブ接点
の寿命が問題となった。サブ接点は金属で出来ておりサ
ブでも１００Ａくらいの電流を断続するのでそのアーク
熱により早期に摩耗してしまうとゆう欠点があった。ま
た抵抗体も追加する必要もあり、また万一、車のキース
イッチが通電しっぱなしになるとコイルに電流が流れつ
づけコイルが焼き切れサブ接点の役目が果たせないとゆ
う問題もある。また図６に示したような問題もある。こ
の図はスイッチがたわませるリターンスプリング、接点
圧スプリング等の力の合計をスイッチのプランジャー部
の力に換算したスイッチに必要な力とスイッチの吸引力
を並べて書いた図である。横軸にプランジャーの移動距
離、縦軸が力である。これに示したようにプランジャー
が動きサブ接点がはいる（図中ａ部）とスイッチ電流が
モータ電流に分圧されるために急に吸引力が低下し電圧
が低い場合には必要な力以下となりプランジャーがスプ
リング力により押し戻される。そうするとサブ接点がは
ずれまた吸引するとゆう繰り返しを起こす、すなわちサ
ブ接点がはいる前後で接点がばたつく、最悪はその熱に
より接点が溶着するという不具合を発生する。これを逃
げる最低線がこのスイッチの最低作動電圧となる。説明
からも容易に推定されるようにサブ接点の分圧ぶんだけ
サブ接点のないものに比べ最低作動電圧があがってしま
うとゆう不都合もある。（メイン接点が入るときも分圧
されるがこのときはプランジャーの移動の最終段階であ
りスイッチの吸引力が急激に増加している部分であるの
で実害はない）このような諸問題に対応するためにはス
イッチ自体、接点、抵抗体を大きくする方法もあるがこ
れは小型化に反する。
【０００５】また接点の磨耗、溶着対策だけを解決する
方法としては特開平９−３１０６６６号公報にもあるよ
うにブラシそのものをモータ用の接点として共用する方
法もあるが本質的にブラシは磨耗部品であるので磨耗代
としてあるていどの長さを必要としている。スタータで
は一般的に１０ｍｍくらいの摩耗代をとっておる。一方
ブラシには一般的にセット荷重として１０から２０Ｎ位
必要であり通常＋ブラシは２個あるので倍の２０から４
０Ｎ必要となる。これをスプリングで実現すると１０か
ら２０ｍｍ程度のたわみが必要となる。（すなわち最低
でも１０ｍｍくらい必要）この摩耗代とセット時あわせ
て１０ｍｍから２０ｍｍの長さ変動に対応するためには
ブラシで接点機能を代用するとブラシをスイッチのプラ
ンジャーで動かすためにはスイッチとしてのストローク
として２０ｍｍ、吸引力として２０Ｎ以上必要となる。
ところが通常スタータのマグネットスイッチでこれの両
方を実現しようとする大きさ的に不可能である。これを
テコの原理を利用してストロークまたは吸引力を拡大し
ようとする試みもあるが（ＤＥ１００１８４６７Ａ１）
これも事実上不可能である。なぜならストロークと吸引
力を掛け合わせた仕事量として足りないスイッチをいく
らテコでその比率を変えても足りないことには違いない
から。またそのための特殊で大がかりなブラシ移動手段
が必要となる。すなわちブラシを接点として利用しよう
とすると結局スイッチを大きくする等の大がかりな機構
が必要となり小型化の目的に反する。またスタータのブ
ラシは通常接触抵抗を少なくする必要から銅を５０％以
上含むグラファイト材で作られておりこの面からも接点
としてはあまりかんばしくはない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明ではサブ接点をほとんどカーボンの材料でつくる
こと及び事実上電流０の状態でスイッチの断続をおこな
うことによりアークによる磨耗、溶着を防止しつつ確実
な噛み合いを実現することを目的としたものである。し
かもブラシでなく接点としてカーボンをつかうので接点
圧も１Ｎ程度と少なくなんらスイッチの大きさを変更す
る必要はない。
【０００７】請求項１では第１の接点がまず導通してか
ら第２の接点が導通するので第２の接点に直接通電しな
いので金属同士の接触をする第２接点が痛むことはな
い。しかも第１の接点部は溶着しないかつ潤滑効果のあ
るカーボン系の材料でできているのでスタータモータへ
の通電時に万一接点がばたついてアークがとんでも溶着
したり、異常摩耗することもない。
【０００８】請求項２ではスイッチ解除時にも金属接触
をしている第２接点部の電流を直接遮断しないのでこの
部分でアークがとぶことはなく、接点を痛めることがな
い。しかも直接遮断する第１接点部もアークに強いカー
ボン系であるので請求項１とあいまってあんていしたス
イッチとなる。
【０００９】請求項３では直接電流を断続する第１接点
回路に抵抗体を入れているのでその電流を制限できるの
で接点に対する負荷を大幅に減らすことが出来る。しか
も第２の接点回路を第１の接点回路と並列に入れている
ので第２接点接続時には抵抗体の挿入されている第１接
点回路にはほとんど電流が流れることなく大部分の電流
が第２接点回路をながれモータへの必要電流を確保でき
る。
【００１０】請求項４では第１接点部をカーボン系材で
作るので抵抗体（通常５０ｍオームくらい）と同じ容量
の抵抗とすることが可能となり部品点数を減らせ構造も
簡単である。
【００１１】請求項５ではスイッチ接続時には吸引コイ
ルによりプランジャーを動かし第１接点第２接点を移動
させ、スイッチ遮断時にはリターンスプリングによりプ
ランジャーを動かし、第２、第１接点を移動させるの
で、簡単な構造でスイッチの投入順序を制御出来る。
【００１２】請求項６では弾性体により接点の接触圧を
確保しているので接点部の電圧ドロップを軽減でき接点
摩耗時にも確実に導通がとれる。
【００１３】請求項７では第１，２接点ともに固定接点
をバッテリ側としたので接点を確実にスタータ本体に固
定でき信頼性が増す。また動きのある可動接点と弾性体
をプランジャー側にまとめたので構造が簡単となる。た
とえば第１，２の固定接点や弾性体を共通使用したりす
る事も可能である。
【００１４】請求項８ではカーボン接点をその接触圧の
変化を利用して接触ドロップを無限大から徐々に所定の
抵抗値（たとえばカーボン抵抗体の５０ｍオーム）まで
変化させるので、それに伴い断続するスイッチ電流も徐
々に変化する（たとえば０Ａから１００Ａへ、逆に１０
０Ａから０Ａへ）から第１接点の断続開始時の電流が０
となり、接点を全く痛めない。
【００１５】請求項９では第１接点の断続開始時は常に
カーボン１００％の部分からおこなわれるのでアークも
発生しにくく、溶着する事もない。
【００１６】請求項１０では第１接点で十分少なくした
電流でゆっくり確実にピニオンとリングギヤーをかみ合
わせてからモータをフル回転させることによりギヤーの
歯を痛めることがなく、しかも電流がほとんど０の状態
でしかも信頼性のあるカーボン接点により断続するので
スイッチの寿命が大幅に向上し、かつ減速構造、少電流
スイッチ、上記噛み合い方式ともあいまって大幅な小型
化ができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明のスタータを図１，
２，３，４に示す一実施例に基づき説明する。５０はス
イッチでその構成は電磁力を発生する吸引コイル５１と
磁気回路を形成するプランジャー５２，ケース５５，底
蓋５４及びエヤーギャップ５６によりなっている。７０
は第１接点部で固定接点７１と可動接点７２よりなって
いる。該固定接点７１はカーボン１００％または金属含
有量の少ないカーボン主体の材料、いわゆるカーボン系
の材料でできている。該可動接点７２は第一の弾性体７
３の一部をなしており全体として導電性がありなおかつ
機械強度のあるもの、たとえばリン青銅などで出来てい
る。８０は第２接点部で固定接点８１と可動接点８２よ
りなっている。また第１接点部と第２接点部はバッテリ
とモータ間で並列回路をなしており、更に第１接点部は
カーボンよりなるので結果として前記回路内では抵抗の
役目もはたすことになる。抵抗値としては５０ｍオーム
程度あればよく、そのためには該固定接点７１は金属含
有量が１０％以下であれば必要な抵抗値がえられる。ま
たカーボンとしてはグラファイトか無定形カーボンかは
前記金属の含有量とかんあんして必要な抵抗値、寿命に
なるよう決めればよい。該可動接点７２および８２は各
々該固定接点７１，８１に第１の弾性体７３及び第２の
弾性体８３により接触圧を付与される。（本実施例では
弾性体７３，８３をプランジャーと一緒に動く可動側に
いれたが固定接点７１，８１側に入れるまたはクロスし
て入れてもよい。）第１の固定接点７１はホルダー６２
を介し、また第２の固定接点８１は直接、端子６０で図
示してないバッテリと接続される。プランジャー５２の
一端にはフランジ５３と継ぎ手部５３ａが固定されてい
る。フランジ５３の先端部５３ｂは前記第２の弾性体８
３をかいしてホルダー５８に連結している。ホルダー５
８はその他端に圧入等の適当な方法で該可動接点７２，
８２が固定されている。すなわちプランジャー５２が動
くとフランジ５３，ホルダー５８，可動接点７２，８２
がほぼ一体的に移動するようになっていることによりス
イッチとしての役目を果たすようになる。該継ぎ手部５
３ａには穴があり、その穴には連結手段９０の一端か挿
入されている。連結手段９０の他端は部材９１を介して
ピニオン２５の回転を規制するようになっている。すな
わち吸引コイル５１が吸引されるとプランジャー５２が
前記エヤーギャップ５６を縮める方向に動き、それによ
り連結手段を介して部材９１がピニオン２５に接触して
回転を規制する。この状態でモータが回転すると出力軸
２０の外周とピニオン２５の内周にそれぞれ設けられた
ねじれスプライン２０ａ，２５ａによりピニオンが軸方
向に移動し図示してないエンジンのリングギヤーに噛み
合う。モータのアーマチャ１０のシャフト１１は減速機
構３０、クラッチ２７を介して出力軸２０につながって
いる。５７はリターンスプリングで吸引コイル遮断時プ
ランジャー５２を元の位置に押し戻す役目をする。本実
施例ではリターンスプリング５７をマグネットスイッチ
５０の内側のプランジャー５２部に挿入したがそれ以外
のところに挿入してもよいことは言うまでもない。要は
プランジャー５２を元の位置に押し戻せればどこでもよ
い。
【００１８】本発明になる作動を説明する。図示してな
い車のキースイッチがＯＮされると吸引コイル５１に電
磁力が発生しプランジャー５２がリターンスプリング５
７に抗してエヤーギャップ５６を縮める方向に動く。そ
して連結手段９０をかいしてピニオン２５の回転規制を
する。次に第１接点部７０が抵抗体９１（本実施例では
カーボン系固定接点７１がその役目を兼用）を介して接
続されるので非常にゆっくりとモ−タが回転する。そう
すると出力軸２０が回転するがピニオン２５は回転が規
制されているのでスプライン２０ａ，２５ａの軸方向成
分によりピニオン２５は軸方向に押し出され図示してな
いリングギヤーにかみあう。更にプランジャー５２が移
動すると第２の接点部８０が導通する。そうすると第１
と第２の接点部は並列回路となっていること及び第１接
点部７０は抵抗体が入っていることにより、第２の接点
回路にフルにバッテリからの電流が流れモータが全力を
出しエンジンをかける。一方エンジンがかかりキースイ
ッチがＯＦＦされると吸引コイル５１の電磁力がなくな
る。そうするとリターンスプリング５７の復元力により
プランジャー５２が戻され第２接点部８０がＯＦＦさ
れ、モータには抵抗体９０を介した制限された電流が流
れる、さらにプランジャー５２が戻されると第１接点部
７０がＯＦＦされる。このように本発明のマグネットス
イッチは作動する。なおスイッチ以外の噛み合い部等の
作動は特開平１０−１１５２７４と類似なので詳細はは
ぶく。
【００１９】このように本発明によれば、まず接点を２
つに分けモ−タへの電流のＯＮ，０ＦＦを抵抗により常
に電流を絞った第１接点部７０でおこなうのでそのカー
ボン材ともあいまって接点の摩耗、溶着は全くない。抵
抗体９１も接点７１で代用でき部品を増やすこともな
い、しかも万一キースイッチ不良などによりマグネット
スイッチに電流が流れぱっなしになっても抵抗体が焼き
切れることはない。またプランジャー５２の移動にとも
ない弾性体７３により徐々にカーボン接点７１と接触圧
を上げ下げするので図７に示したように接触抵抗が非常
に大きな値から順に減少あるいは徐々に増加して大きく
なるので常に第１接点部７０は電流がほとんど０の状態
で接点をＯＮ，ＯＦＦさせるのでアークによる摩耗溶着
も全くない。また接点部７０に必要な接触圧も１Ｎ程度
と非常に少なくなおかつ徐々に長いストロークをかけて
加圧するのでスイッチ５０の吸引力にほとんど影響せず
にすむ。このように上記弾性体付きカーボン系接点をメ
インのほかに追加することにより理想的なスイッチとす
ることができる。図６にも示したが上記のように徐々に
抵抗を増減させるので急激に５０ｍオームの抵抗体を挿
入した場合のようなスイッチの吸引力の落ち込みがなく
作動に必要な力を割り込むことがなく、スイッチの最低
作動電圧の低下もない。なお図では固定接点をカーボン
系材料でつくったが可動接点または両方をカーボンで作
ってもよいことはゆうまでもない。
【００２０】図５は他の実施例である。第１の固定接点
７０を２層構造のカーボン材でつくる。７１ａは金属含
有量がリッチ部、７１ｂは金属含有量がプアーまたはな
しの部分である。この作動を説明する、スイッチがＯＮ
するとプランジャーの動きにつれて可動接点７２はまず
プアー部７１ｂに接触しそののちにリッチ部７１ａに接
触する。スイッチがＯＦＦする場合はその逆である。す
なわちぜんたいが一様なカーボン材に比してよりきめ細
かな制御ができ上記効果をよりいっそう発揮出来る。更
にこの信頼性の高い小型のスイッチをピニオン規制方式
の噛み合いと組み合わせるとよりその効果を発揮でき噛
み合いがより信頼性が増す。
【００２１】このように本発明によれば寿命が長く信頼
性の高いしかも小型のマグネットスイッチを提供するこ
とが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のスタータの断面図である。
【図２】図２は図１のスイッチ部の断面図である。
【図３】図３は図１のスイッチの可動部分だけをとりだ
した図である。
【図４】図４は本発明のスタータの回路図である。
【図５】図５は他の実施例で第１接点部の図であり、ａ
は作動前、ｂは作動途中、ｃは作動後の状態を示す。
【図６】図６は本発明の効果をあらわした例である。
【図７】図７はカーボン材の接触圧と電気抵抗の関係を
示した一般的な事例の図である。
【符号の説明】
５０…マグネットスイッチ ５２…プランジャー ７０…第１の接点部 ７１…第１の固定接点 ７２…第１の可動接点 ８０…第２の接点部 ８１…第２の固定接点 ８２…第２の可動接点

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スタータモータへの通電をおこなうため
    のスタータ用マグネットスイッチであって、該モータと
    バッテリを固定接点、可動接点により電気的に接続する
    ために第１及び第２の接点部を有するものにおいて、該
    第１接点部はカーボン材または金属をふくむカーボン
    材、いわゆるカーボン系の材料で構成され、少なくとも
    第２の接点部よりさきに第１の接点部が導通することを
    特徴とするマグネットスイッチ。
  2. 【請求項２】 該スイッチの導通解除時、少なくとも第
    ２の接点部よりあとに第１の接点部が導通を解除される
    ことを特徴とする請求項１記載のマグネットスイッチ。
  3. 【請求項３】 該第１の接点部には直列に抵抗体を有し
    ており、該抵抗体を含む第１の接点部と第２の接点部が
    該バッテリと該モータ間で並列回路を構成することを特
    徴とする請求項１または２記載のマグネットスイッチ。
  4. 【請求項４】 第１の接点部のカーボン系材料を金属含
    有量１０％以下または１００％のカーボン材でつくり該
    抵抗体を兼ねることを特徴とする請求項３に記載の内燃
    機関用スタータのマグネットスイッチ。
  5. 【請求項５】 通電されると吸引力を発生する吸引コイ
    ルとスタータモータに主に通電を行う固定接点と可動接
    点を有する第２の接点部と抵抗体を介して副に通電を行
    う固定接点と可動接点を有する第１の接点部を有し、バ
    ッテリに接続される接点とプランジャーに接続される接
    点により２対の接点部を構成させそれを第１，第２の接
    点部となし、前記吸引コイルの吸引力による前記プラン
    ジャーの移動によってリターンスプリングをたわませつ
    つ、まず第１の固定と可動の接点部を当接させ前記スタ
    ータモータに該抵抗体をとおして通電し、ついでさらな
    るプランジャーの移動により第２の固定と可動の接点部
    を当接させ主の電流を通電させ、逆に前記吸引コイルへ
    の通電が解除されたときには前記リターンスプリングの
    復元力により、ます第２の接点部が解除され、しかるの
    ちに第１の接点部が解除される。更に該抵抗体は上記第
    １の接点部のカーボン系材料よりなる接点で兼ねること
    を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のスタ
    ータ用マグネットスイッチ。
  6. 【請求項６】 第１及び第２の接点部に接点圧を付与す
    る弾性体を有することを特徴とする請求項１ないし５い
    ずれかに記載のスタータ用マグネットスイッチ。
  7. 【請求項７】 第１及び第２の接点部の固定接点をバッ
    テリ側とし、可動接点をプランジャー側とし、該弾性体
    をプランジャー側に有することを特徴とする請求項１な
    いし６いずれかに記載のスタータ用マグネットスイッ
    チ。
  8. 【請求項８】 該抵抗体兼用カーボン部材よりなる接点
    部に接点圧を付与する第１接点部用弾性体は通電開始
    時、プランジャー移動に伴い接点圧０から所定の圧まで
    徐々にアップし、逆に、通電解除時には所定の圧から徐
    々に０まで接点圧を変化させることをそのバネのたわみ
    を利用しておこなうことを特徴とする請求項１ないし７
    いずれかに記載のスタ−タ用マグネットスイッチ。
  9. 【請求項９】 該カーボン部材を約半分を金属リッチな
    部分、残りの部分をほぼカーボン１００％とした２層構
    造となし第１の接点部が接触し始めはそのカーボン１０
    ０％部より接触し後に金属リッチの部分で接触する、逆
    に接点開離時には金属リッチ部からはずれ最後にカーボ
    ン１００％部で開離することを特徴とする請求項１ない
    し８いずれかに記載のスタータ用マグネットスイッチ。
  10. 【請求項１０】 内燃機関を駆動するための出力軸と、
    前記スタータモータのアーマチャシャフトと前記出力軸
    の間に設けられ、前記アーマチャシャフトの回転を減速
    して、前記出力軸に伝える減速機構を有するものにおい
    て、前記吸引コイルの吸引力により前記プランジャーと
    連動して移動する連結手段を介してピニオンの回転を規
    制する、しかる後にスタータモータに前記第１接点部を
    とおして通電しその回転力と該出力軸に設けたねじれス
    プラインとによりピニオンを押し出しエンジンのリング
    ギヤーに噛み合わせて、更に第２接点部より前記スター
    タモータに給電することによりエンジンを始動させるこ
    とを特徴とする請求項１ないし９いずれかに記載のスタ
    ータ用マグネットスイッチ。
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